KONDEZÁTORY (kapacitory)

Prezentace na téma: "KONDEZÁTORY (kapacitory)"— Transkript prezentace:

1 KONDEZÁTORY (kapacitory)
                                        

2 Michael Faraday

3 KONDEZÁTORY (kapacitory)
Kontrolní otázky ( CO BYCH MĚL ZNÁT): 1.      Na čem závisí velikost kapacity ? 2.      Co je to permitivita ? 3.      Jaké znáte kondenzátory podle druhu dielektrika? 4.      Popište ladící kondenzátor. 5.      Jaké jsou vlastnosti kondenzátorů? 6.      Co je to ztrátový činitel kondenzátoru a jak se vypočítá ? 7.      Jaké znáte značení kondenzátorů ?

4 Definice kondenzátoru
Kondenzátor je akumulační ( též setrvačný) obvodový prvek, který má schopnost hromadit , udržovat a dodávat el. náboj do obvodu po určitý časový interval. Základní vlastností kondenzátoru je jímat elektrické náboje. Jsou to dvoupólové součástky pracující pouze v oboru střídavých proudů a napětí kontruované tak, aby vykazovaly kapacitu definované velikosti. Jsou tvořeny dvěma vodivými elektrodami, které jsou navzájem izolovány dielektrikem.

5 Michael Faraday a jednotka 1 F (farad). = 1C / 1V
Jednotka kapacity 1 F (farad). Jednotka byla pojmenována po Michaelu Faradaym ¤. Pro praktické použití je příliš velká, používají se mF, mF, nF a pF. Michael Faraday objevil mj. polarizaci dielektrika. Zjistil, že pokud se prostor mezi elektrodami kondenzátoru vyplní místo vzduchu jiným dielektrikem, kapacita kondenzátoru se zvýší. Jako kvantitativní parametr pro vyjádření této vlastnosti Faraday definoval jednotku relativní permitivita εr. Relativní permitivita Poměr kapacity C kondenzátoru vyplněného dielektrikem a kapacity C0 stejného vakuového kondenzátoru.

6 Kondenzátor C (capacitor)
Jednotka kapacity 1 F (farad) = 1Coul. / 1Volt

7 Analogie tlakové nádoby a kondenzátoru

8 Analogie nabíjení kondenzátoru a napouštění tlakové nádoby

9 Elektrolytický Capacitor příklad různých hodnot
                                                            Fotografie nalevo je capacitors ve kterém kapacitní odpor a napětí se liší. Od odešel spravit: 1µF (50V) [průměr 5 mm, vysoce 12 mm] 47µF (16V) [průměr 6 mm, vysoce 5 mm] 100µF (25V) [průměr 5 mm, vysoce 11 mm] 220µF (25V) [průměr 8 mm, vysoce 12 mm] 1000µF (50V) [průměr 18 mm, vysoce 40 mm]

10 POLARITA!! Různé druhy kondenzátorů (odshora kondenzátory s kapacitami 100 nF (v držáku), 500 nF, 1 mF, 3,3 mF a 10 mF) Neudělejte chybu s polaritou

11 Princip činnosti: S – plocha překrytí desek ε0 – permitivita vakua
, kde ε = ε0 . εr ε0 – permitivita vakua εr – relativní permitivita – udává vlastnosti použitého dielektrika S – plocha překrytí desek d – vzdálenost desek od sebe (tloušťka dielektrika ) Po přivedení napětí na desky kondenzátoru, se atomy dielektrika se polarizují. Elektrony na desce se mezi sebou vzájemně odpuzují elektromagnetickými silami. Čím blíže jsou desky u sebe, tím více jsou elektrony přitahovány opačným pólem druhé desky a snaží se přeskočit na druhou stranu  nemají už tolik síly se na desce mezi sebou odpuzovat  =pokud se na desku vejde vedle sebe více elektronů  je větší kapacita C. Desky kondenzátoru musí být alespoň minimálně tak daleko, aby se mezi ně elektrony vůbec vešly.

12

13 OPAKOVÁNÍ Vodič v elektrickém poli elektrostatická indukce
Vložíme vodič do elektrického pole mezi dvěma nabitými deskami (obr. 3). Co se stane s nábojem ve vodiči? Přiblížíme-li nabité těleso k vodiči, -volné elektrony ve vodiči se přesunou do blízkosti + náboje tělesa ( na druhé straně tak zbude kladný náboj); a obráceně. Tento jev se nazývá elektrostatická indukce. Elektrické pole mezi deskou a krajem vodiče (na obou stranách) je stejné jako původně, takže uvnitř vodiče je intenzita elektrického pole nulová

14 Proč je intenzita elektrického pole ve vodiči nulová?

15 Izolant v elektrickém poli Izolanty (dielektrika) neosahují volné elektrony, proto u nich nemůže nastávat elektrostatická indukce. Polární dielektrika                         obr. 5: polární dielektrikum bez přítomnosti el. pole                                                            obr. 6 Polární dielektrikum v elektrickém poli molekuly mají střed ("těžiště") kladného náboje jinde než střed záporného náboje. Při vložení látky do elektrického pole se molekuly natočí tak, aby jejich "kladnější" konec směřoval k záporné desce a "zápornější" konec ke kladné desce (obr. 5, 6). Jev se nazývá polarizace dielektrika. V dielektriku se tak vytvoří vnitřní el. pole (podobně jako tomu bylo ve vodiči), které má opačný směr než pole vnější, ale jeho intenzita je menší. Výsledné elektrické pole v dielektriku má tedy směr stejný jako vnější pole a je o něco menší. Poměr velikostí vnějšího el. pole E1 a výsledného pole v dielektriku E je relativní permitivita er dielektrika ¤,        . Relativní permitivita prostředí je tedy vždy větší než jedna.

16 Nepolární dielektrika
Izolant v elektrickém poli Izolanty (dielektrika) neosahují volné elektrony, proto u nich nemůže nastávat elektrostatická indukce. Nepolární dielektrika jejich molekuly mají střed kladného náboje na stejném místě jako střed záporného náboje (molekula může např. vypadat jako koule). Při vložení látky do elektrického pole je však kladný náboj molekuly přitahován na jednu stranu a záporný náboj na druhou stranu a molekula se "protáhne" ve směru el. pole (obr. 7). Tím se střed kladného náboje dostane jinam než střed záporného náboje a situace vypadá obdobně jako na obr. 6. Jak už bylo řečeno, jev se nazývá  polarizace dielektrika.

17 Vlastnosti kondenzátorů
Reálný kondenzátor má parazitní vlastnosti (odpor, indukčnost), způsobuje ztráty energie atd. Mezi plochými nebo fóliovými deskami je dielektrický materiál. Jeho vlastnosti se mění s časem, teplotou a přiloženým napětím Dielektrikum určuje vlastnosti kondenzátoru (má svodový odpor, udržuje v sobě náboj atd.), které se časem mění. Permitivita (dielektrická konstanta) dielektrika je poměr náboje v ideálním kondenzátoru s tímto dielektrikem a kondenzátoru s vakuem. Ideální kondenzátor posouvá fázi o 90º a nemění elektrickou energii v teplo. Základní vlastností kondenzátoru je jímat elektrické náboje.

18 Praktické vlastnosti kondenzátorů-:
Jmenovitá kapacita - výrobcem předpokládaná kapacita Izolační odpor mezi elektrodami kondenzátoru měřeném při stejnosměrném napětí a teplotě 20°C Provozní napětí - je největší napětí, které může být trvale na kondenzátoru připojeno, nepřesáhne-li teplota okolí 40°C, rovná se jmenovitému. Při vyšších teplotách je nutné napětí snížit Ztrátový činitel: tgδ – charakterizuje ztráty energie v kondenzátoru, které jsou způsobeny ztrátami v dielektriku a svodem mezi elektrodami. Je frekvenčně závislý.

19 Ztrátový činitel: tgδ Obr. Náhradní schéma kondenzátoru a jeho fázorové diagramy

20 XC- zdánlivý odpor (též kapacitní reaktance):
=

21 Kondenzátor ve střídavém obvodu.

22 Označování kondenzátorů
Jednotka kapacity 1 F (farad). Jednotka byla pojmenována po Michaelu Faradaym ¤. Pro praktické použití je příliš velká, používají se mF, mF, nF a pF. Základní praktickou jednotkou použitou pro značení kondenzátorů je zpravidla F, tedy  pikofarad [pF]. mF – 10-3 F μF – 10-6 F nF – 10-9 F pF – F Značení SMD: Velmi často zde chybí označení velikosti kapacity.Občas se používá značení složené z písmen a číslic.

23 Označování kondenzátorů:
Kondenzátory vyrábí řada výrobců, kteří používají různé druhy značení. Značení dle DIN: Základní jednotkou je pikofarad. Symbol označující velikost kapacity se vytváří podobně jako u rezistorů. Barevný kód: Je podobný jako u rezistorů. Jsou však různé způsoby, jak jsou proužky umístěny. Obr Značení hodnot pomocí barevného kódu: a,b) u malých kondenzátorů, c) u

24 Rozdělení podle : druhu dielektrika Podle použití:
- s papírovým dielektrikem - s metalizovaným papírem (regenerační schopnost kondenzátorů) - s plastikovou fólií - slídové plastové: - velká elektrická pevnost, malý ztrátový činitel, velký izolační odpor vzduchové: - malá kapacita – dnes s nepoužívají Podle použití: - ladící - opakované změny kapacity - dolaďovací - občasné doladění obvodů

25 Elektrolytické kondenzátory:
-          elektroda polarizována kladně, elektrolyt záporně -          desky jsou hliníkové (Al), dielektrikum je oxid, desky kondenzátoru (Al2O3) - -          elektrolyt se nesmí napěťově namáhat a nesmí se přepólovat -          většinou se přemosťují keramickým kondenzátorem kvůli setrvačnosti elektrolytu -          keramický sbírá napěťové špičky. -          málo přesné (20%) a časem vysychají – proto se vyrábějí řady E6 -          mají poměrně velkou kapacitu         parazitní indukčnost L  0 parazitní odpor R je velmi malý  velký svodový proud (nežádoucí

26 Svitkový kondenzátor

27 Keramický kondenzátor ( VF)
Capacitor nalevo je 100pF ,s průměrem asi 3 mm. Capacitor napravo strana je tisknuta s 103, tak 10 x 103pF se stojí 0.01 µF. Průměr disku je o 6 mm.Keramické kondenzátory nemají žádnou polaritu.

28 Elektrolytický kondenzátor - tantalové –hliníkové-

29 Elektrická dvojitá vrstva Capacitors
                                  . Kapacita je 0.47 F (470,000 µF). užíván v elektrických napájecích obvodech, etc. Usměrňovač v obvodu může být zničen obrovským proudovým nárazem když capacitor je prázdný. Pro krátkou chvíli, capacitor je více jako zkrat. .

30 Tantalum capacitor                                                 Fotografie nalevo Hodnoty kapacity jsou µF (35V) 0.47 µF (35V) 10 µF (35V

31 Dolaďovací. - nejčastěji v trubkovém provedení. Kapacita 0,1 – 10 pF
Dolaďovací - nejčastěji v trubkovém provedení. Kapacita 0,1 – 10 pF. Konstrukčně upraveny pro připájení na DPS.

32 Otočný kondenzátor (s proměnnou účinnou plochou desek a tedy proměnnou kapacitou) z rádiového přijímače

33 Proměnné kondenzátory
jsou užité na upravy etc. Frekvence,…použití zvláštní šroubovák 2pF - 18pF.

34 SMD - pro malé a střední kapacity s pevným dielektrikem (keramika nebo polymer) mohou být jednovrstvové nebo vícevrstvové - pro velké kapacity – elektrolytické kondenzátory (hliníkové nebo tantalové)

35 Spojování kondenzátorů
Paralelní spojení: C = C1 + C Cn Sériové spojení: 1/C = 1/C1 + 1/C /Cn